正极活性材料以及包括其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种正极活性材料以及包括其的锂二次电池，更具体而言，涉及在预定条件下进行充电和放电时，具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，呈现预定峰值强度比和电压比的正极活性材料及包括其的锂二次电池。活性材料及包括其的锂二次电池。活性材料及包括其的锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料以及包括其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种正极活性材料以及包括其的锂二次电池，更具体而言，涉及在预定条件下进行充电和放电时，具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，呈现预定峰值强度比和电压比的正极活性材料及包括其的锂二次电池。

技术介绍

[0002]电池利用正极和负极的能够电化学反应的物质来存储电力。这样的电池的代表性实例为在正极和负极的锂离子的嵌入/脱嵌过程中由化学势(chemical potential)的差异存储电能的锂二次电池。
[0003]上述锂二次电池使用可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料作为正极活性材料和负极活性材料，并在上述正极和负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制成。
[0004]作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用锂复合氧化物，例如，正在研究LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMnO2等的复合氧化物。
[0005]在上述正极活性材料中，尽管广泛使用具有优异寿命特性和充放电效率的LiCoO2，但是上述材料由于用作原料的钴的资源有限而价格高，因此在价格竞争性方面具有局限性。
[0006]LiMnO2、LiMn2O4等锂锰氧化物虽然具有热稳定性好，价格低廉的优点，但存在容量小，高温特性不好等问题。另外，LiNiO2基正极活性材料虽然具有高放电容量的电池特性，但因锂和过渡金属之间的阳离子混排(cation mixing)问题，合成非常难，随之在率(rate)特性方面存在很大的问题。
[0007]另外，根据上述阳离子混合的深化程度，产生大量的锂副产物，而因大部分锂副产物由LiOH及Li2CO3的化合物构成，从而存在在制造正极浆料时发生凝胶(gel)化的问题和制造电极之后，随着充放电的进行产生气体的问题。残留Li2CO3通过增加电池的膨胀现象，不仅减少循环，而且会导致电池的膨胀。
[0008]为了弥补这些缺点，作为二次电池正极活性材料的镍含量为50％以上的高镍型正极活性材料的需求开始增加。然而，尽管高镍型正极活性材料表现出高容量特性，但存在随着正极活性材料中镍含量增加而发生由于锂/镍阳离子混合引起的结构不稳定的问题。由于上述正极活性材料的结构不稳定性，锂二次电池不仅在高温下而且在室温下都可能迅速劣化。
[0009]因此，需要开发用于弥补上述高镍型正极活性材料的问题的正极活性材料。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]在锂二次电池市场中，电动汽车用锂二次电池的成长在市场中起主导作用，而锂二次电池中使用的正极材料的需求也在不断变化。
[0012]例如，以往从确保安全性的观点上主要使用利用LFP的锂二次电池，但是近来，与LFP相比，具有每单位重量能量容量大的镍基锂复合氧化物的使用得到扩展。
[0013]根据这种正极材料的趋势，本专利技术的目的在于提供通过减少高镍型正极活性材料的结构不稳定性来最终改善电化学特性和稳定性的正极活性材料。
[0014]尤其，本申请人发现，在正极活性材料中镍含量为50％以上，优选地，80％以上的高镍型正极活性材料中，在预定条件下对上述正极活性材料进行充电和放电时，具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，上述正极活性材料满足预定峰值强度比和电压比时，上述正极活性材料的电化学特性和稳定性进一步提高。
[0015]因此，本专利技术的目的在于提供一种正极活性材料，其特征在于，在预定条件下进行充电和放电时，具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，呈现下面将描述的预定峰值强度比和电压比。
[0016]并且，本专利技术的另一目的在于提供包含本文定义的正极活性材料的正极。
[0017]另外，本专利技术的又一目的在于提供使用本文定义的正极的锂二次电池。
[0018]解决问题的方案
[0019]根据本专利技术的一个方面，提供一种正极活性材料，该正极活性材料包括能够进行锂的嵌入和脱嵌的锂复合氧化物。
[0020]在上述正极活性材料中包含的上述锂复合氧化物可以至少包含镍和钴。并且，除镍和钴之外，上述锂复合氧化物还可包括锰和/或铝。
[0021]在一实施例中，上述正极活性材料在下述充电和放电条件下针对将上述正极活性材料作为正极且将锂箔作为负极的锂二次电池进行充电和放电时，
[0022][充电和放电条件][0023]第一次循环：
[0024]‑
临界电压：3.0V～4.3V
[0025]‑
充电：0.1C(CCCV)/放电：0.1C(CC)
[0026]第二次循环：
[0027]‑
临界电压：3.0V～4.3V
[0028]‑
充电：0.1C(CCCV)/放电：0.1C(CC)
[0029]第三次循环:
[0030]‑
临界电压：3.0V～4.4V
[0031]‑
充电：1C(CCCV)/放电：1C(CC)
[0032]具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，可以满足由下述式1定义的峰值强度比A。
[0033][式1][0034]I1/I2≥1.4
[0035](在式1中，I1为在充电区域出现在3.0V至3.8V之间的峰的y轴值dQ/dV，I2为在充电区域出现在3.8V至4.1V之间的峰的y轴值dQ/dV)
[0036]并且，上述正极活性材料可以包括由下述化学式1表示的锂复合氧化物。
[0037][化学式1][0038]Li
a
Ni1‑
(b+c+d+e)
Co
b
M1
c
M2
d
M3
e
O
f
[0039](其中，M1为选自Mn及Al中的至少一种，M2和M3各自独立地选自Al、Ba、B、Ce、Cr、Mg、Mn、Mo、Na、K、P、Sr、Ti、W、Nb及Zr中，M1至M3相互不同，0.90≤a≤1.05,0≤b≤0.10,0≤c≤0.10,0≤d≤0.025,0≤e≤0.025,1.0≤f≤2.0)
[0040]并且，根据本专利技术的另一方面，提供包括本文中定义的正极活性材料的正极。
[0041]另外，根据本专利技术的又一方面，提供使用本文中定义的正极的锂二次电池。
[0042]专利技术的效果
[0043]根据本专利技术的正极活性材料，在预定条件下进行充电和放电时，具有第三次循环的电压V和电池容量Q，在X轴为上述电压V、Y轴为将上述电池容量Q用上述电压V进行微分而得的值dQ/dV的曲线图中，呈现预定峰值强度比和电压比，在此情况下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，包括能够进行锂的嵌入和脱嵌的锂复合氧化物，在下述充电和放电条件下针对将上述正极活性材料作为正极且将锂箔作为负极的锂二次电池进行充电和放电时，[充电和放电条件]第一次循环：
‑
临界电压：3.0V～4.3V
‑
充电：0.1C(CCCV)/放电：0.1C(CC)第二次循环：
‑
临界电压：3.0V～4.3V
‑
充电：0.1C(CCCV)/放电：0.1C(CC)第三次循环：
‑
临界电压：3.0V～4.4V
‑
充电：1C(CCCV)/放电：1C(CC)具有第三次循环的电压(V)和电池容量(Q)，在X轴为上述电压(V)、Y轴为将上述电池容量(Q)用上述电压(V)进行微分而得的值(dQ/dV)的曲线图中，满足由下述式1定义的峰值强度比(A)：[式1]I1/I2≥1.4(在式1中，I1为在充电区域出现在3.0V至3.8V之间的峰的y轴值(dQ/dV)，I2为在充电区域出现在3.8V至4.1V之间的峰的y轴值(dQ/dV))。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足由下述式2定义的峰值强度比(B)：[式2]I1/I3≥0.7(在式2中，I1为在充电区域出现在3.0V至3.8V之间的峰的y轴值(dQ/dV)，I3为在充电区域出现在4.1V至4.4V之间的峰的y轴值(dQ/dV))。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足由下述式3定义的峰值强度比(C)：[式3]I2/I3≥0.5(在式3中，I2为在充电区域出现在3.8V至4.1V之间的峰的y轴值(dQ/dV)，I3为在充电区域出现在4.1V至4.4V之间的峰的y轴值(dQ/dV))。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足由下述式4定义的峰值强度比(D)：[式4]DI1/DI2≥1.25
(在式4中，DI1为在放电区域出现在3.0V至3.8V之间的峰的y轴值(dQ/dV)，DI2为在放电区域出现在3.8V至4.1V之间的峰的y轴值(dQ/dV))。5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足由下述式5定义的峰值强度比(E)：[式5]DI1/DI3≥0.41(在式5中，DI1为在放电区域出现在3.0V至3.8V之间的峰的y轴值(dQ/dV)，DI3为在放电区域出现在4.1V至4.4V之间的峰的y轴值(dQ/dV))。6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，满足由...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴正培，庾炫钟，崔文豪，
申请(专利权)人：艾可普罗BM有限公司，
类型：发明
国别省市：